熱電阻

熱電阻（thermal resistor）是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳等。

 

熱電阻
 

1、壓簧式感溫元件，抗振性能好；
2、測溫精度高；
3、機械強度高，耐高溫耐壓性能好；
4、進口薄膜電阻元件，性能可靠穩(wěn)定。
 

工作原理
 

熱電阻的測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。熱電阻通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機控制裝置或者其它二次儀表上。
 

主要種類
 

從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。
 

鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體，它的外徑一般為φ2--φ8mm，最小可達φmm。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點：
1、體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后??；
2、機械性能好、耐振，抗沖擊；
3、能彎曲，便于安裝；
4、使用壽命長。
 

端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。
隔爆型熱電阻
隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險場所的溫度測量。
 

測溫原理
 

熱電阻的測溫原理與熱電偶的測溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。
 

金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即Rt=Rt0[1+α（t-t0）]
 

式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應(yīng)電阻值；α為溫度系數(shù)。
 

半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為Rt=AeB/t
 

式中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。
 

相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線性嚴重，測溫范圍只有-50~300℃左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200~500℃范圍內(nèi)的溫度測量，其特點是測量準確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。
 

工業(yè)上常用金屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屬導(dǎo)體都有這個性質(zhì)，但并不是都能用作測溫熱電阻，作為熱電阻的金屬材料一般要求：盡可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大（在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸）、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學物理性能、材料的復(fù)制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數(shù)關(guān)系（最好呈線性關(guān)系）。
 

實際應(yīng)用
 

目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅：鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小；銅電阻在測溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過150易被氧化。中國最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等幾種，它們的分度號分別為Pt10、Pt100、Pt1000；銅電阻有R0=50Ω和R0=100Ω兩種，它們的分度號為Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的應(yīng)用最為廣泛。
 

接線方式
 

熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果會有較大的影響。[1]目前熱電阻的引線主要有三種方式：
 

二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合
 

三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的。
 

四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表?？梢娺@種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。
熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差。
 

安裝方法
 

安裝要求

對熱電阻的安裝，應(yīng)注意有利于測溫準確，安全可靠及維修方便，而且不影響設(shè)備運行和生產(chǎn)操作。要滿足以上要求，在選擇對熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點：
 

1、為了使熱電阻的測量端與被測介質(zhì)之間有充分的熱交換，應(yīng)合理選擇測點位置，盡量避免在閥門，彎頭及管道和設(shè)備的死角附近裝設(shè)熱電阻。
 

2、帶有保護套管的熱電阻有傳熱和散熱損失，為了減少測量誤差，熱電偶和熱電阻應(yīng)該有足夠的插入深度：
 

1）對于測量管道中心流體溫度的熱電阻，一般都應(yīng)將其測量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝)。如被測流體的管道直徑是200毫米，那熱電阻插入深度應(yīng)選擇100毫米；
2）對于高溫高壓和高速流體的溫度測量(如主蒸汽溫度)，為了減小保護套對流體的阻力和防止保護套在流體作用下發(fā)生斷裂，可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電阻。淺插式的熱電阻保護套管，其插入主蒸汽管道的深度應(yīng)不小于75mm；熱套式熱電阻的標準插入深度為100mm。
3）假如需要測量是煙道內(nèi)煙氣的溫度，盡管煙道直徑為4m，熱電阻插入深度1m即可。
4）當測量原件插入深度超過1m時，應(yīng)盡可能垂直安裝,或加裝支撐架和保護套管。
 

安裝注意
 

1、熱電阻應(yīng)盡量垂直裝在水平或垂直管道上，安裝時應(yīng)有保護套管，以方便檢修和更換。
2、測量管道內(nèi)溫度時，元件長度應(yīng)在管道中心線上(即保護管插入深度應(yīng)為管徑的一半)。
3、溫度動圈表安裝時，開孔尺寸要合適，安裝要美觀大方。
4、高溫區(qū)使用耐高溫電纜或耐高溫補償線。
5、要根據(jù)不同的溫度選擇不同的測量元件。一般測量溫度小于400℃時選擇熱電阻。
6、接線要合理美觀，表針指示要正確。